光学望远镜是由大量结构复杂的光机电仪器组成的设备。在观测中,望远镜容易受多种因素的影响,例如大气湍流,望远镜像差,CCD噪声或者重力引起的镜面形变。由于这些因素具有动态特征并且对系统作用机理复杂,通常很难直接评估它们所造成的影响。同时光学望远镜制造周期长且造价昂贵,往往需要长时间工作才能辨识系统特征参数,因此需要通过仿真技术提前了解望远镜系统性能。此外,为了全面了解望远镜系统的工作性能和科学产出,需要将观测任务和望远镜系统联合仿真。仿真在光学望远镜系统的研究中已经发挥越来越重要的作用,主要表现在:通过对系统仿真可以为研制的观测设备性能评估提供重要的依据;可以通过处理仿真获得的数据来预研数据处理算法。为了最大化望远镜的使用效率,为各类用户开发贴近真实应用场景且容易交互的仿真技术要求也越来越迫切。同时为提高仿真系统的实用性和人机交互能力,开发集可视化显示、观测模拟、望远镜仿真等功能于一体的虚拟光学望远镜仿真系统具有很大的实用价值。本文以开发光学望远镜虚拟仿真系统和光学望远镜成像模拟软件作为主线,首先通过研究光学望远镜光电成像的过程,搭建用于模拟光学望远镜的模拟软件。其次以3ds Max和Solid Works等建模软件为虚拟场景中的3D模型进行设计与搭建。最后基于Unity3D游戏引擎并结合HTC Vive设备开发光学望远镜虚拟仿真系统并进行测试。本文主要内容如下:(1)通过研究大气湍流、CCD噪声等对望远镜成像造成的影响,使用蒙特卡洛方法对望远镜成像的物理过程进行建模,用于生成符合实际的科学观测图像。主要工作有:模拟天体分布,生成星表,主要是生成天文观测目标点源分布的原始图像;模拟观测条件,包括天光背景、仪器等产生的噪声以及在大气层传输过程中所造成的影响;模拟光电成像过程,包括对望远镜内部的光线传输模拟,产生实测的点扩散函数等;以python3、c语言作为平台开发语言,设计并完成了一套基于蒙特卡洛方法的光学望远镜模拟软件。(2)基于天体和望远镜的数据,通过三维可视化建模软件构建虚拟场景模型。然后对系统进行需求分析和功能框架设计,完成虚拟场景的设计与组织,并对虚拟场景进行渲染优化。依据虚拟现实场景实时显示的原理、优化策略,对虚拟场景进行优化处理。(3)基于Unity3D和HTC Vive交互设备开发光学望远镜虚拟仿真系统。以C#作为脚本开发语言,设计并完成了导航模块、星空模拟模块、虚拟望远镜模块、光学望远镜模拟平台模块。本论文完成的光学望远镜虚拟仿真系统具有高度真实感、沉浸感。其中光学望远镜成像模拟软件可以充分反映观测过程中外界条件及天文目标时空变换等真实环境下系统的特性。